KR20180118044A - A power converter and electric power system - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시물은 입력 직류 전압을 출력 직류 전압으로 변환하기 위한 전력 변환기에 관한 것이다. 또한, 본 개시물은, 예를 들어 반드시 그런 것은 아니지만, 선박의 전력 시스템 또는 직류 "DC" 전력 분배 시스템일 수 있는 전력 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a power converter for converting an input DC voltage to an output DC voltage. In addition, the present disclosure is directed to a power system that may, for example, but not necessarily, be a ship's power system or a DC "DC" power distribution system.
많은 경우들에서, 전력 시스템은 직류 전압 레일, 직류 전압 레일에 전기 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 배터리 엘리먼트들, 및 직류 전압 레일의 직류 전압을 전력 시스템의 하나 이상의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 전력 변환기들을 포함한다. 전력 시스템은 예를 들어 선박의 전력 시스템 일 수 있으며, 이 경우 전력 시스템의 부하들은 하나 이상의 추진 (propulsion) 모터들, 선박의 교류 전압 네트워크, 및 예를 들어 하나 이상의 보우 스러스터 모터 (bow thruster motor) 들과 같은 다른 부하들을 포함할 수도 있다. 모터들은 유리하게는 교류 "AC" 모터들이고, 대응 전력 변환기들은 직류 전압 레일의 직류 전압을 AC-모터들에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터들이다.In many cases, the power system includes a DC voltage rail, one or more battery elements for supplying electrical energy to the DC voltage rail, and a DC voltage source for converting the DC voltage of the DC voltage rail to a voltage suitable for one or more loads of the power system. One or more power converters. The power system can be, for example, the power system of the ship, in which case the loads of the power system include one or more propulsion motors, the ship's ac voltage network, and, for example, one or more bow thruster motors ), ≪ / RTI > The motors are advantageously AC "AC" motors, and the corresponding power converters are inverters for converting the DC voltage of the DC voltage rail into an AC voltage suitable for AC-motors.
많은 경우들에서, 직류 전압 레일의 직류 전압이 배터리 엘리먼트들의 직류 전압보다 높은 것이 유리하다. 이러한 경우들에서, 배터리 엘리먼트들의 각각은 통상적으로 승압 전력 변환기, 즉 부스트 (boost) 변환기와 함께 직류 전압 레일에 접속된다. 전력 변환기는 통상적으로 제 1 극이 개개의 배터리 엘리먼트에 접속되는 인덕터 코일, 인덕터 코일의 접지와 제 2 극 사이의 제어가능한 스위치, 및 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있는 상황에 응답하여 인덕터 코일로부터 직류 전압 레일을 향한 전류에 대한 경로를 제공하기 위한, 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드를 포함한다.In many cases, it is advantageous that the DC voltage of the DC voltage rail is higher than the DC voltage of the battery elements. In these cases, each of the battery elements is typically connected to a DC voltage rail with a boosted power converter, i. E. A boost converter. The power converter typically comprises an inductor coil having a first pole connected to the respective battery element, a controllable switch between the ground and the second pole of the inductor coil, and a controllable switch from the inductor coil in response to a situation in which the controllable switch is in a non- Directional conductive component, for example a diode, to provide a path for the current towards the DC voltage rail.
상술한 종류의 전력 시스템에서, 통상적으로 전압 레일의 직류 전압이 배터리 전압 아래로 떨어지는 결함 상황들에서 직류 전압 레일로부터 승압 전력 변환기를 분리할 필요가 있다. 직접적인 접근법은 승압 전력 변환기와 직류 전압 레일 사이에, 과전류 보호기, 예를 들어 퓨즈를 접속시키는 것이다. 이 접근법과 관련된 본질적인 도전과제는 퓨즈를 블로잉하는데 또는 다른 과전류 보호기를 활성화하는데 필요한 결함 전류가 승압 전력 변환기의 인덕터 코일을 통해 흐른다는 것이고, 따라서 위에 언급된 결함 전류의 급격한 변화들에 의해 야기된 유해한 전압 피크들을 방지하고 및/또는 이들에 대해 보호하기 위해 적절한 배열들이 필요하다는 것이다. 또한, 정상 동작에서의 대응 전류보다 상당히 더 높을 수 있는 결함 전류에 따라, 인덕터 코일 및 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드를 설계하는 것이 필요하다. 또 다른 접근법은 위에 언급된 종류의 결함 상황에 응답하여 인덕터 코일의 전류를 램프 다운시키도록 배열된 회로들을 승압 전력 변환기에 제공하는 것이다. 하지만, 위에 언급된 회로들은 승압 전력 변환기의 복잡성 및 비용을 증가시킨다.In a power system of the kind described above it is necessary to separate the step-up power converter from the DC voltage rail in fault situations where the DC voltage of the voltage rail typically falls below the battery voltage. A direct approach is to connect an overcurrent protector, for example a fuse, between the step-up power converter and the DC voltage rail. An essential challenge associated with this approach is that the fault current required to blow the fuse or to activate another overcurrent protector flows through the inductor coil of the step-up power converter, and therefore the harmful Proper arrangements are needed to prevent and / or protect voltage peaks. It is also necessary to design an inductor coil and a unidirectional conductive component, for example a diode, in accordance with a fault current which may be considerably higher than the corresponding current in normal operation. Another approach is to provide the boosted power converter with circuits arranged to ramp down the current of the inductor coil in response to a fault condition of the kind mentioned above. However, the above-mentioned circuits increase the complexity and cost of the step-up power converter.
다음은 다양한 실시형태들의 일부 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 간략화된 개요를 제시한다. 이 개요는 발명의 광범위한 개관이 아니다. 이것은 발명의 핵심적이거나 중요한 엘리먼트들을 식별하기 위해 또는 발명의 범위를 한정하기 위해 의도되지 않는다. 다음의 개요는 단지 예시적인 실시형태들의 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태로 일부 개념들을 제시한다.The following presents a simplified summary in order to provide a basic understanding of some aspects of the various embodiments. This summary is not an extensive overview of the invention. It is not intended to identify key or critical elements of the invention or to limit the scope of the invention. The following outline presents some concepts in a simplified form as a prelude to the more detailed description of the exemplary embodiments only.
발명에 따라, 입력 직류 전압을 출력 직류 전압으로 변환하기 위한 새로운 전력 변환기가 제공된다. 전력 변환기는, According to the invention, a new power converter for converting an input DC voltage to an output DC voltage is provided. The power converter,
- 입력 직류 전압을 수신하기 위한 입력 단자,An input terminal for receiving an input DC voltage,
- 출력 직류 전압을 외부 시스템에 공급하기 위한 출력 단자,- an output terminal for supplying the output DC voltage to the external system,
- 제 1 극이 입력 단자의 제 1 극에 접속되는 인덕터 코일,An inductor coil having a first pole connected to a first pole of the input terminal,
- 입력 단자의 제 2 극과 인덕터 코일의 제 2 극 사이의 제어가능한 스위치, A controllable switch between the second pole of the input terminal and the second pole of the inductor coil,
- 제 1 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있고 인덕터 코일의 전류가 인덕터 코일의 제 2 극을 향해 흐르는 상황에 응답하여 인덕터 코일의 제 2 극으로부터 출력 단자로 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 1 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드, 및 A first controllable switch for providing a path for current from the second pole of the inductor coil to the output terminal in response to a situation where the first controllable switch is in a non-conducting state and the current of the inductor coil flows toward the second pole of the inductor coil; Unidirectional conductive components, such as diodes, and
- 출력 단자에서의 과전류 보호기, 예를 들어 퓨즈로서, 과전류 보호기는 출력 단자를 통하는 전류가 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 출력 단자를 통하는 전류를 차단하는, 상기 과전류 보호기, 및 - an overcurrent protector at the output terminal, for example a fuse, the overcurrent protector interrupts the current through the output terminal in response to a situation where the current through the output terminal exceeds a predetermined limit; and
- 출력 직류 전압이 입력 직류 전압보다 작은 상황에 응답하여 인덕터 코일의 제 1 극으로부터 출력 단자로 전류를 전도하기 위한 제 2 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드를 포함한다.A second unidirectional conductive component, for example a diode, for conducting current from the first pole of the inductor coil to the output terminal in response to a situation where the output DC voltage is less than the input DC voltage.
위에 언급된 제 2 단방향 전도성 컴포넌트는 결함 전류에 대한 낮은 인덕턴스 바이패스 경로를 구성한다. 이에 따라, 충분히 강한 결함 전류는 입력 직류 전압 아래로 출력 직류 전압을 떨어지는 결함 상황의 초기 단계에서 이미 과전류 보호기로 지향될 수 있다. 따라서, 과전류 보호기는 인덕터 코일의 전류가 상당히 증가하는 시간을 갖기 전에 외부 시스템으로부터 전력 변환기를 분리할 수 있게 된다. 또한, 제 2 단방향 전도성 컴포넌트가 바이패스 경로를 구성하기 때문에, 위에 언급된 인덕터 코일 및 제 1 단방향 전도성 컴포넌트는 결함 전류에 따라 디멘션될 (dimensioned) 필요가 없다.The second unidirectional conductive component mentioned above constitutes a low inductance bypass path to the fault current. Thus, a sufficiently strong fault current can already be directed to the overcurrent protector at an early stage of the fault situation where the output DC voltage falls below the input DC voltage. Thus, the overcurrent protector can separate the power converter from the external system before the current in the inductor coil has a significant increase in time. Also, since the second unidirectional conductive component constitutes the bypass path, the above-mentioned inductor coil and the first unidirectional conductive component need not be dimensioned according to the fault current.
발명에 따라, 예를 들어 반드시 그런 것은 아니지만, 선박의 전력 시스템 또는 직류 "DC" 전력 분배 시스템일 수 있는 새로운 전력 시스템이 또한 제공된다. 발명에 따른 전력 시스템은, In accordance with the invention, there is also provided, for example, but not necessarily, a new power system which can be a ship's power system or a DC "DC" power distribution system. The power system according to the invention,
- 하나 이상의 직류 전압 레일들, One or more DC voltage rails,
- 하나 이상의 배터리 엘리먼트들,One or more battery elements,
- 하나 이상의 배터리 엘리먼트들로부터 하나 이상의 직류 전압 레일들로 전기 에너지를 전달하기 위한 상술한 종류의 하나 이상의 제 1 전력 변환기들로서, 각각의 제 1 전력 변환기는 하나 이상의 배터리 엘리먼트들 중 하나에 접속되는, 상기 하나 이상의 제 1 전력 변환기들, 및 One or more first power converters of the kind described above for delivering electrical energy from one or more battery elements to one or more DC voltage rails, each first power converter being connected to one of the one or more battery elements; The one or more first power converters, and
- 하나 이상의 직류 전압 레일들의 하나 이상의 전압을 전력 시스템의 하나 이상의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 제 2 전력 변환기들, 예를 들어 인버터들을 포함한다.One or more second power converters, e.g., inverters, for converting one or more voltages of one or more DC voltage rails to voltages suitable for one or more loads of the power system.
본 발명에 따라, 상술한 종류의 전력 시스템을 포함하는 새로운 선박이 또한 제공된다. 선박의 전력 시스템의 부하들은 예를 들어 하나 이상의 추진 모터들, 선박의 교류 전압 네트워크, 및/또는 예를 들어, 하나 이상의 보우 스러스터 모터들과 같은 다른 부하들을 포함할 수도 있다. 모터들은 유리하게 교류 "AC" 모터들이고, 대응 전력 변환기들은 하나 이상의 직류 전압 레일들의 하나 이상의 직류 전압을 AC-모터들에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터들이다.In accordance with the present invention, there is also provided a new vessel comprising a power system of the kind described above. The loads of the ship's power system may include, for example, one or more propulsion motors, a ship's ac voltage network, and / or other loads such as, for example, one or more bowstroke motors. The motors are advantageously AC "AC" motors, and corresponding power converters are inverters for converting one or more DC voltages of one or more DC voltage rails into AC voltages suitable for AC-motors.
다수의 예시적이고 비제한적인 실시형태들이 첨부된 종속 청구항들에 기재된다.Numerous exemplary, non-limiting embodiments are set forth in the accompanying dependent claims.
동작의 방법들 및 구성들 양자 모두에 관하여 발명의 다양한 예시적이고 비제한적인 실시형태들은, 그 부가 목적들 및 이점들과 함께, 첨부 도면들과 연계하여 읽혀질 때 특정 예시적이고 비제한적인 실시형태들의 다음의 기재로부터 더 잘 이해될 것이다.Various illustrative and non-limiting embodiments of the invention both with respect to the methods and arrangements of operation, as well as additional objects and advantages thereof, will be apparent to those skilled in the art from the detailed description of specific illustrative and non- Will be better understood from the following description.
본 명세서에서 동사들 "포함하다(to comprise)" 및 "포함하다(to include)" 는 인용되지 않은 피처들의 존재를 배제하거나 요구하지 않는 개방 제한들로서 사용된다. 종속 청구항들에 인용된 피처들은 달리 명시적으로 언급되지 않으면 상호 자유롭게 조합가능하다. 또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 "a" 또는 "an", 즉 단수 형태의 사용은 복수를 배제하지 않는다는 것을 이해해야 한다.In this specification, verbs "comprise" and "to include" are used as open restrictions that do not preclude or require the presence of unannotated features. The features recited in the dependent claims are mutually freely combinable unless explicitly stated otherwise. It should also be understood that the use of "a" or "an" or singular form throughout this specification does not exclude a plurality.
발명의 예시적이고 비제한적인 실시형태들 및 그 이점들은 예시적인 면에서 첨부 도면들을 참조하여 하기에서 더 상세하게 설명된다.
도 1a 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 변환기의 메인 회로의 개략적 도시를 나타낸다.
도 1b 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 시스템의 개략적 도시를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Exemplary and non-limiting embodiments of the invention and the advantages thereof will be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings in an illustrative aspect.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure Ia shows a schematic illustration of a main circuit of a power converter according to an exemplary, non-limiting embodiment.
Figure 1B shows a schematic illustration of a power system according to an exemplary, non-limiting embodiment.
하기에 주어진 설명에서 제공되는 특정 예들은 첨부된 청구항들의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 설명에서 제공된 예들의 리스트들 및 그룹들은 달리 명시적으로 언급되지 않으면 완전하지 않다.The specific examples provided in the following description should not be construed as limiting the scope and / or applicability of the appended claims. The lists and groups of examples provided in the description are not complete unless otherwise explicitly stated.
도 1a 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 변환기 (101) 의 메인 회로의 개략적 도시를 나타낸다. 전력 변환기는 입력 직류 전압 (UDC in) 을 수신하기 위한 입력 단자 (102) 및 출력 직류 전압 (UDC out) 을 외부 시스템에 공급하기 위한 출력 단자 (103) 를 포함한다. 전력 변환기 (101) 는 입력 직류 전압 (UDC in) 이 출력 직류 전압 (UDC out) 보다 작을 때 제어되는 방식으로 입력 단자 (102) 로부터 출력 단자 (103) 로 전기 에너지를 전달할 수 있는, 승압 변환기, 즉 부스트 변환기이다. 전력 변환기는 제 1 극이 입력 단자 (102) 의 제 1 극 (109a) 에 접속되는 인덕터 코일 (104) 을 포함한다. 전력 변환기는 입력 단자의 음극 (109a) 과 인덕터 코일 (104) 의 제 2 극 사이에 제 1 제어가능한 스위치 (105) 를 포함한다. 제어가능한 스위치 (105) 는 예를 들어 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 "IGBT", 게이트 턴 오프 사이리스터 "GTO", 바이폴라 트랜지스터 또는 전계 효과 트랜지스터 "FET" 일 수 있다. 전력 변환기는, 제어 가능한 스위치 (105) 가 비전도 상태에 있고, 인덕터 코일 (104) 의 전류가 인덕터 코일의 제 2 극을 향해, 즉 출력 단자 (103) 를 향해 흐르는 상황에 응답하여 인덕터 코일 (104) 의 제 2 극으로부터 출력 단자 (103) 를 향한 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 1 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 를 포함한다. 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 예를 들어 다이오드일 수 있다. 하지만, 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 제어가능한 스위치 (105) 에 대해 반대 위상으로 제어되는 제어가능한 스위치이거나 또는 이를 포함하는 것이 또한 가능하다. 전력 변환기는 출력 단자 (103) 에서 제 1 과전류 보호기 (107) 를 포함한다. 이러한 예시적인 경우에서, 과전류 보호기 (107) 는 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 와 출력 단자 (103) 의 양극 사이에 있다. 과전류 보호기 (107) 는 출력 단자 (103) 를 통하는 전류가 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 출력 단자 (103) 를 통하는 전류를 차단하도록 구성된다. 과전류 보호기 (107) 는 예를 들어 퓨즈일 수 있다. 전력 변환기는 출력 직류 전압 (UDC out) 이 입력 직류 전압 (UDC in) 보다 작은, 즉 즉 UDC out < UDC in 인 결함 상황에 응답하여 인덕터 코일 (104) 의 제 1 극으로부터 출력 단자 (103) 로 전류를 전도하기 위한 제 2 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 를 더 포함한다.FIG. 1A shows a schematic illustration of the main circuit of a
단방향 전도성 컴포넌트 (108) 는 입력 단자 (102) 로부터 과전류 보호기 (107) 로의 낮은 인덕턴스 바이패스 경로를 구성한다. 따라서, 충분히 강한 결함 전류는 입력 직류 전압 (UDC in) 아래로 출력 직류 전압 (UDC out) 이 떨어지는 결함 상황의 초기 단계에서 이미 과전류 보호기 (107) 로 지향될 수 있다. 따라서, 과전류 보호기 (107) 는 인덕터 코일 (104) 의 전류가 상당히 증가할 시간을 갖기 전에 외부 시스템으로부터 전력 변환기를 분리할 수 있게 된다. 또한, 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 가 위에 언급된 바이패스 경로를 구성하기 때문에, 인덕터 코일 (104) 및 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 정상 동작 동안의 전류보다 상당히 클 수 있는 결함 전류에 따라 디멘션될 필요가 없다.The unidirectional
도 1a 에 도시된 예시적인 경우에서, 전력 변환기 (101) 는 배터리 엘리먼트가 입력 단자 (102) 에 접속되는 경우들에서 예를 들어 배터리 엘리먼트를 충전하도록 전력 변환기가 출력 단자 (103) 로부터 입력 단자 (102) 로 전기 에너지를 전달하는 것을 가능하게 하기 위한 컴포넌트들을 더 포함한다. 배터리 엘리먼트는 도 1a 에 나타나 있지 않다. 전력 변환기 (101) 는 출력 단자 (103) 로부터 인덕터 코일 (114) 의 제 2 극으로 전류를 전도하기 위한 제 2 제어가능한 스위치 (110) 를 포함한다. 제어가능한 스위치 (110) 는 예를 들어 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 "IGBT", 게이트 턴 오프 사이리스터 "GTO", 바이폴라 트랜지스터 또는 전계 효과 트랜지스터 "FET" 일 수 있다. 전력 변환기 (101) 는 제어가능한 스위치 (110) 가 비전도 상태에 있고 인덕터 코일 (104) 의 전류가 인덕터 코일의 제 2 극을 향해, 즉 입력 단자 (102) 를 향해 흐르는 상황에 응답하여 입력 단자 (102) 의 제 2 극 (109b) 으로부터 인덕터 코일 (104) 의 제 2 극으로 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 3 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 를 포함한다. 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 는 예를 들어 다이오드일 수 있다. 하지만, 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 는 제어가능한 스위치 (110) 에 대해 반대 위상으로 제어되는 제어가능한 스위치이거나 또는 이를 포함하는 것이 또한 가능하다. 인덕터 코일 (104), 제어가능한 스위치 (110), 및 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 의 도움으로, 전력 변환기 (101) 는 입력 직류 전압 (UDC in) 이 출력 직류 전압 (UDC out) 보다 작을 때 제어되는 방식으로 출력 단자 (103) 로부터 입력 단자 (102) 로 전기 에너지를 전달할 수 있다. 제어가능한 스위치 (105 및 110) 가 IGBT들 또는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 "MOSFET" 인 예시적인 경우들에서, 단방향 전도성 컴포넌트들 (106 및 111) 은 IGBT들 또는 MOSFET들의 바디 다이오드들일 수 있다.In the exemplary case shown in FIG. 1A, the
예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 변환기는 인덕터 코일 (104) 의 제 1 극이 제 2 과전류 보호기를 통해 입력 단자 (102) 의 제 1 극 (109a) 에 접속되도록 제 2 과전류 보호기 (112) 를 더 포함한다. 과전류 보호기 (112) 는 과전류 보호기 (112) 를 통하는 전류가 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 과전류 보호기 (112) 를 통하는 전류를 차단하도록 구성된다. 과전류 보호기 (112) 는 예를 들어 퓨즈일 수 있다.A power converter in accordance with an exemplary, non-limiting embodiment includes a
도 1a 에 도시된 전기 컴포넌트들에 부가하여, 전력 변환기 (101) 는 과전류 보호기들 (107 및 112) 중 하나 또는 양자 모두가 전류를 차단하는 순간에 인덕터 코일 (104) 에 의해 저장된 에너지를 흡수하도록 배열된 커패시터들 및/또는 다른 엘리먼트들을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전력 변환기 (101) 는 예를 들어, 과전류 보호기들 (107 및 112) 중 하나 또는 양자 모두가 전류를 차단할 때 유도성 전류에 대한 대안의 경로들을 제공하기 위한 하나 이상의 다이오드들 또는 다른 엘리먼트들을 더 포함할 수도 있다.In addition to the electrical components shown in FIG. 1A, the
도 1b 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 시스템의 개략적인 도시를 나타낸다. 이러한 예시적인 경우에서, 전력 시스템은 선박의 전력 시스템이다. 전력 시스템은 직류 전압 레일 (114), 배터리 엘리먼트들 및 배터리 엘리먼트들로부터 직류 전압 레일로 전기 에너지를 전달하기 위한 제 1 전력 변환기들을 포함한다. 도 1b 에서, 배터리 엘리먼트들 중 3 개가 도면 부호 (113a, 113b 및 113c) 로 표시되고, 제 1 전력 변환기들 중 3 개가 도면 부호 (101a, 101b 및 101c) 로 표시된다. 제 1 전력 변환기들 (101a-101c) 의 각각은 도 1a 에 도시된 전력 변환기 (101) 와 유사할 수 있다. 전력 시스템은 직류 전압 레일 (114) 의 직류 전압을 전력 시스템의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 제 2 전력 변환기들을 포함한다. 도 1b 에서, 제 2 전력 변환기들 중 3 개는 도면 부호 (114a, 114b 및 114c) 로 표시된다. 도 1b 에 도시된 예시적인 경우들에서, 전력 시스템의 부하들은 추진 시스템, 보우 스러스터 모터들 및 교류 전압 네트워크를 포함한다. 도 1b 에서, 추진 시스템의 전기 모터들 중 하나는 도면 부호 (115) 로 표시되고, 보우 스러스터 모터들 중 하나는 도면 부호 (116) 으로 표시되며, 교류 전압 네트워크의 부분이 도면 부호 (117) 로 표시된다. 도 1b 에 도시된 예시적인 경우들에서, 제 2 변환기들은 직류 전압 레일의 직류 전압을 전력 시스템의 부하들에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터들을 포함한다.Figure 1B shows a schematic illustration of a power system according to an exemplary, non-limiting embodiment. In this exemplary case, the power system is the ship's power system. The power system includes a
도 1b 에 도시된 예시적인 전력 시스템은 직류 전압 레일 (114) 에 접속된 커패시터 시스템 (119) 을 더 포함한다. 커패시터 시스템 (119) 은 예를 들어 "수퍼 커패시터들" 로도 또한 칭하는 하나 이상의 고 용량 전기 이중층 커패시터들 "EDLC" 을 포함할 수도 있다. 커패시터 시스템 (119) 의 커패시턴스는 유리하게는 적어도 0.1F, 보다 유리하게 적어도 1F, 그리고 더 유리하게는 적어도 10F 이다.The exemplary power system shown in FIG. 1B further includes a
도 1b 에 도시된 예시적인 전력 시스템은 전력 시스템의 직류 전압 레일들 (114 및 120) 이 과전류 보호기를 통해 서로 접속되도록 또 다른 직류 전압 레일 (120) 을 포함한다. 직류 전압 레일들의 상이한 것들에 접속된 전력 시스템의 부분들은 전력 시스템의 동작 신뢰성을 개선하기 위해 서로 독립적으로 유리하게 동작가능하다. 전력 시스템은 직류 전압 레일 (120) 에 접속된 또 다른 커패시터 시스템 (121) 을 포함한다.The exemplary power system shown in FIG. 1B includes another
도 1b 에 도시된 예시적인 전력 시스템은 외부 전력 네트워크 (123) 로부터 전기 에너지를 수신하기 위해 그리고 과전류 보호기들을 통해 직류 전압 레일들 (114 및 120) 에 전기 에너지를 공급하기 위한 충전 변환기들 (118 및 122) 을 포함한다. 전력 시스템은 전력 네트워크 (123) 로부터 수신된 전기 에너지로 배터리 엘리먼트들을 충전하기 위한 수단을 포함한다. 배터리 엘리먼트들과 직류 전압 레일들 사이의 전력 변환기들에는 전력 변환기들이 전기 에너지를 직류 전압 레일들로부터 배터리 엘리먼트들로 전달하는 것을 가능하게 하기 위해 컴포넌트들 및 제어 시스템들이 제공될 수 있다. 충전 동작을 가능하게 하기 위한 컴포넌트들은 예를 들어 도 1a 에 도시된 제어가능한 스위치 (110) 및 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 일 수 있다. 하지만, 전력 시스템이 배터리 엘리먼트를 충전하기 위한 별도의 전력 변환기들을 포함하는 것이 또한 가능하다.The exemplary power system shown in FIG. 1B includes
상술한 전력 시스템의 전력 변환기들의 각각은 고려 중인 전력 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함할 수도 있다. 단일 제어기가 많은 전력 변환기들을 제어하도록 구성되는 것이 또한 가능하다. 제어기는 하나 이상의 프로세서 회로들로 구현될 수 있고, 각각의 프로세서 회로는 적절한 소프트웨어가 제공된 프로그램가능 프로세서 회로, 전용 하드웨어 프로세서, 이를테면 예를 들어 주문형 집적 회로 "ASIC", 또는 구성가능 하드웨어 프로세서, 이를테면 예를 들어 필드 프로그램가능 게이트 어레이 "FPGA" 일 수 있다. 또한, 각각의 제어기는 하나 이상의 메모리 회로들을 포함할 수도 있다. 제어기들은 도 1a 및 도 1b 나타나 있지 않다.Each of the power converters of the power system described above may include a controller for controlling operation of the power converter under consideration. It is also possible that a single controller is configured to control many power converters. The controller may be implemented as one or more processor circuits, and each processor circuit may be implemented with programmable processor circuits, dedicated hardware processors, such as, for example, an application specific integrated circuit "ASIC ", or a configurable hardware processor, For example, a field programmable gate array "FPGA ". Further, each controller may include one or more memory circuits. The controllers are not shown in Figures 1A and 1B.
도 1b 에 도시된 전력 시스템은 적절한 전력 변환기들로 직류 전압 레일들 (114 및 120) 중 하나 또는 양자 모두에 접속된 하나 이상의 연소 엔진 구동 발전기들을 더 포함할 수도 있다. 연소 엔진 구동 발전기는 도 1b 에 나타나 있지 않다. 또한, 전력 시스템은 하나 이상의 태양 전지 및/또는 연료 전지 및/또는 적절한 전력 변환기들로 직류 전압 레일들 (114 및 120) 중 하나 또는 양자 모두에 접속된 다른 전원들을 포함할 수도 있다. 예시적인 실시형태에 따른 전력 시스템이 직류 "DC" 전력 분배 시스템인 경우, 전력 시스템은 적절한 전력으로 하나 이상의 직류 전압 레일들에 접속된 하나 이상의 풍력 터빈 구동 발전기들을 포함할 수도 있다.The power system shown in FIG. 1B may further include one or more combustion engine driven generators connected to one or both of the DC voltage rails 114 and 120 with appropriate power converters. The combustion engine driven generator is not shown in FIG. In addition, the power system may include one or more solar cells and / or other sources connected to one or both of the fuel cell and / or the DC voltage rails 114 and 120 with appropriate power converters. If the power system according to the exemplary embodiment is a DC "DC" power distribution system, the power system may include one or more wind turbine driven generators connected to one or more DC voltage rails with appropriate power.
위에 주어진 설명에서 제공된 특정 예들은 첨부된 청구항들의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 위에 주어진 설명에서 제공된 예들의 리스트들 및 그룹들은 달리 명시적으로 언급되지 않으면 완전하지 않다.The specific examples provided in the description given above should not be construed as limiting the scope and / or applicability of the appended claims. The lists and groups of examples provided in the description given above are not complete unless otherwise explicitly stated.
Claims (14)
- 입력 직류 전압 (UDC in) 을 수신하기 위한 입력 단자 (102),
- 출력 직류 전압 (UDC out) 을 외부 시스템에 공급하기 위한 출력 단자 (103),
- 인덕터 코일 (104) 로서, 상기 인덕터 코일 (104) 의 제 1 극이 상기 입력 단자의 제 1 극 (109a) 에 접속되는, 상기 인덕터 코일 (104),
- 상기 입력 단자의 제 2 극 (109b) 과 상기 인덕터 코일의 제 2 극 사이의 제 1 제어가능한 스위치 (105),
- 상기 제 1 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있고 상기 인덕터 코일의 전류가 상기 인덕터 코일의 제 2 극을 향해 흐르는 상황에 응답하여 상기 인덕터 코일의 제 2 극으로부터 상기 출력 단자를 향한 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 1 단방향 전도성 컴포넌트 (106), 및
- 상기 출력 단자에서의 제 1 과전류 보호기 (107) 로서, 상기 제 1 과전류 보호기는 상기 출력 단자를 통하는 전류가 제 1 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 상기 출력 단자를 통하는 전류를 차단하는, 상기 제 1 과전류 보호기 (107) 를 포함하고,
상기 전력 변환기는, 상기 출력 직류 전압이 상기 입력 직류 전압보다 작은 상황에 응답하여 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극으로부터 상기 출력 단자로 전류를 전도하기 위한 제 2 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 변환기.As the power converter 101,
An input terminal 102 for receiving an input DC voltage U DC in ,
An output terminal 103 for supplying an output DC voltage U DC out to an external system,
An inductor coil 104 having a first pole of the inductor coil 104 connected to a first pole 109a of the input terminal,
- a first controllable switch (105) between the second pole (109b) of the input terminal and the second pole of the inductor coil,
A path for current from the second pole of the inductor coil to the output terminal in response to a situation where the first controllable switch is in a non-conducting state and the current of the inductor coil flows toward the second pole of the inductor coil; A first unidirectional conductive component 106 for providing a first unidirectional conductive component 106,
- a first overcurrent protector (107) at said output terminal, said first overcurrent protector interrupting current through said output terminal in response to a situation where the current through said output terminal exceeds a first predetermined limit; And the first overcurrent protector (107)
The power converter further includes a second unidirectional conductive component (108) for conducting a current from the first pole of the inductor coil to the output terminal in response to the situation where the output DC voltage is less than the input DC voltage And a power converter.
상기 전력 변환기는 상기 전력 변환기가 상기 출력 단자로부터 상기 입력 단자로 전기 에너지를 전달하는 것을 가능하게 하기 위해 다음의 컴포넌트들:
- 상기 출력 단자의 제 1 극으로부터 상기 인덕터 코일의 상기 제 2 극으로 전류를 전도하기 위한 제 2 제어가능한 스위치 (110), 및
- 상기 제 2 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있고 상기 인덕터 코일의 전류가 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극을 향해 흐르는 상황에 응답하여 상기 입력 단자의 상기 제 2 극으로부터 상기 인덕터 코일의 상기 제 2 극으로 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 3 단방향 전도성 컴포넌트 (111)
를 더 포함하는, 전력 변환기.The method according to claim 1,
Wherein the power converter is configured to enable the power converter to transfer electrical energy from the output terminal to the input terminal of the following components:
- a second controllable switch (110) for conducting current from a first pole of the output terminal to the second pole of the inductor coil, and
In response to a situation in which the second controllable switch is in a non-conducting state and the current of the inductor coil flows toward the first pole of the inductor coil, from the second pole of the input terminal to the second pole of the inductor coil A third unidirectional conductive component 111 for providing a path for current to the pole,
≪ / RTI >
상기 전력 변환기는 제 2 과전류 보호기 (112) 를 더 포함하여 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극이 상기 제 2 과전류 보호기를 통해 상기 입력 단자의 상기 제 1 극에 접속되고, 상기 제 2 과전류 보호기는 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류가 제 2 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류를 차단하는, 전력 변환기.The method according to claim 1,
The power converter further includes a second overcurrent protector (112) such that the first pole of the inductor coil is connected to the first pole of the input terminal through the second overcurrent protector, and the second overcurrent protector And interrupts the current through the second overcurrent protector in response to a situation where the current through the second overcurrent protector exceeds a second predetermined limit.
상기 전력 변환기는 제 2 과전류 보호기 (112) 를 더 포함하여 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극이 상기 제 2 과전류 보호기를 통해 상기 입력 단자의 상기 제 1 극에 접속되고, 상기 제 2 과전류 보호기는 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류가 제 2 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류를 차단하는, 전력 변환기.3. The method of claim 2,
The power converter further includes a second overcurrent protector (112) such that the first pole of the inductor coil is connected to the first pole of the input terminal through the second overcurrent protector, and the second overcurrent protector And interrupts the current through the second overcurrent protector in response to a situation where the current through the second overcurrent protector exceeds a second predetermined limit.
상기 제 1 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 다이오드인, 전력 변환기.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the first unidirectional conductive component (106) is a diode.
상기 제 2 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 는 다이오드인, 전력 변환기.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the second unidirectional conductive component (108) is a diode.
상기 제 1 과전류 보호기 (107) 는 퓨즈인, 전력 변환기.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the first overcurrent protector (107) is a fuse.
- 하나 이상의 직류 전압 레일들 (114, 120),
- 하나 이상의 배터리 엘리먼트들 (113a-113b),
- 상기 하나 이상의 배터리 엘리먼트들로부터 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들로 전기 에너지를 전달하기 위한 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 하나 이상의 제 1 전력 변환기들 (101a-101c) 로서, 각각의 제 1 전력 변환기는 상기 하나 이상의 배터리 엘리먼트들 중 하나에 접속되는, 상기 하나 이상의 제 1 전력 변환기들 (101a-101c), 및
- 상기 직류 전압 레일의 하나 이상의 직류 전압을 상기 전력 시스템의 하나 이상의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 제 2 전력 변환기들 (114a-114c) 을 포함하는, 전력 시스템.As a power system,
- one or more DC voltage rails (114, 120),
- one or more battery elements (113a-113b),
- at least one first power converters (101a-101c) according to any one of claims 1 to 4 for delivering electrical energy from the one or more battery elements to the at least one DC voltage rails, The first power converter of the one or more first power converters is connected to one of the one or more battery elements,
- one or more second power converters (114a-114c) for converting one or more DC voltages of the DC voltage rail to voltages suitable for one or more loads of the power system.
상기 하나 이상의 제 2 전력 변환기들 (114a-114c) 은 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들의 상기 하나 이상의 직류 전압을 상기 전력 시스템의 상기 부하들 중 하나 이상에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 인버터들을 포함하는, 전력 시스템.9. The method of claim 8,
The one or more second power converters (114a-114c) include one or more inverters for converting the one or more DC voltages of the one or more DC voltage rails into an AC voltage suitable for one or more of the loads of the power system Power system.
상기 전력 시스템은 외부 전력 네트워크로부터 전기 에너지를 수신하고 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들에 공급하기 위한 하나 이상의 충전 변환기들 (118, 122) 을 포함하는, 전력 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the power system comprises one or more charge converters (118, 122) for receiving electrical energy from an external power network and for supplying the electrical energy to the one or more DC voltage rails.
상기 전력 시스템은 외부 전력 네트워크로부터 전기 에너지를 수신하고 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들에 공급하기 위한 하나 이상의 충전 변환기들 (118, 122) 을 포함하는, 전력 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein the power system comprises one or more charge converters (118, 122) for receiving electrical energy from an external power network and for supplying the electrical energy to the one or more DC voltage rails.
상기 전력 시스템은 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들에 접속된 하나 이상의 커패시터 시스템들 (119, 121) 을 포함하는, 전력 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the power system comprises one or more capacitor systems (119, 121) connected to the one or more DC voltage rails.
상기 하나 이상의 커패시터 시스템들은 하나 이상의 전기 이중층 커패시터들을 포함하는, 전력 시스템.13. The method of claim 12,
Wherein the one or more capacitor systems comprise one or more electric double layer capacitors.
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